虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合模擬人教學(xué)模式在腰椎穿刺術(shù)技能培訓(xùn)中的應(yīng)用

孫超，薛夢(mèng)，2，顏鎮(zhèn)洪，楊倩，常婷

目的 探討虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）聯(lián)合模擬人教學(xué)模式在醫(yī)學(xué)實(shí)習(xí)生腰椎穿刺術(shù)教學(xué)中的培訓(xùn)效果。

方法 選取空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院輪轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)本科實(shí)習(xí)生30名，隨機(jī)將其分為VR組、模擬人組、VR聯(lián)合模擬人組各10名。首先進(jìn)行1個(gè)學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，然后VR組進(jìn)行2個(gè)學(xué)時(shí)的VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)，模擬人組進(jìn)行2個(gè)學(xué)時(shí)的模擬人腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)，VR聯(lián)合模擬人組各進(jìn)行1個(gè)學(xué)時(shí)的VR和模擬人腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)后評(píng)估腰椎穿刺術(shù)理論，并進(jìn)行實(shí)踐操作技能考核。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，收集學(xué)生對(duì)VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)的主觀評(píng)價(jià)。

結(jié)果 培訓(xùn)后，VR聯(lián)合模擬人組的理論成績(jī)高于模擬人組[（80.4±5.0）分 vs.（69.5±9.0）分，P=0.005]，實(shí)踐技能成績(jī)高于模擬人組[（86.4±4.2）分 vs.（79.8±3.5）分，P=0.004]和VR組[（86.4±4.2）分 vs.（81.3±4.6）分，P=0.028]。調(diào)查問(wèn)卷顯示，90%左右的實(shí)習(xí)生認(rèn)為VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)可以有效提高學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。

結(jié)論 VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)可有效提高腰椎穿刺的教學(xué)效果，VR聯(lián)合模擬人的教學(xué)效果優(yōu)于單獨(dú)VR或模擬人的教學(xué)模式。

腰椎穿刺術(shù)是神經(jīng)內(nèi)科常見(jiàn)的操作技能，對(duì)神經(jīng)疾病的診斷和治療具有重要的指導(dǎo)價(jià)值，也是神經(jīng)內(nèi)科實(shí)習(xí)生應(yīng)掌握的實(shí)踐技能。腰椎穿刺術(shù)具有解剖抽象、個(gè)體差異大和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)習(xí)生只有明確腰椎局部解剖和經(jīng)過(guò)大量練習(xí)后才能掌握腰椎穿刺術(shù)。因此腰椎穿刺術(shù)是神經(jīng)內(nèi)科對(duì)實(shí)習(xí)醫(yī)師實(shí)踐教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

仿真模擬人教學(xué)采用橡膠模具從解剖結(jié)構(gòu)上模仿患者，是腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)的經(jīng)典教學(xué)模式。但模擬人教學(xué)模式存在一些弊端，如缺乏臨床真實(shí)場(chǎng)景模擬、解剖結(jié)構(gòu)不明晰、造價(jià)昂貴和易損耗等[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個(gè)逼真的感覺(jué)世界，具有沉浸性、交互性以及構(gòu)想性等特征[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，VR可以有效提高臨床教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、熟練度和自信心[4-6]。在腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)中，研究發(fā)現(xiàn)VR或3D技術(shù)可以幫助學(xué)生掌握腰椎穿刺術(shù)理論和技能[7-8]。本研究進(jìn)一步探索VR聯(lián)合模擬人的教學(xué)效果，為腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)教學(xué)模式提供新的思路。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性選取2023年3月于空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院輪轉(zhuǎn)的醫(yī)學(xué)本科實(shí)習(xí)生30名。采用隨機(jī)數(shù)字表法分為模擬人教學(xué)組、VR教學(xué)組和VR聯(lián)合模擬人組各10名。所有學(xué)生在前期物理診斷的教學(xué)中已初步學(xué)習(xí)了腰椎穿刺的理論知識(shí)，但均未實(shí)際操作過(guò)。

1.2 教學(xué)方法 培訓(xùn)前，所有實(shí)習(xí)生先進(jìn)行腰椎穿刺的理論成績(jī)測(cè)試，然后進(jìn)行腰椎穿刺理論授課，授課時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)學(xué)時(shí)（40 min）。按照預(yù)定分組進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)。

1.2.1 模擬人組培訓(xùn)過(guò)程 模擬人組接受2個(gè)學(xué)時(shí)傳統(tǒng)橡膠仿真模擬人的實(shí)踐訓(xùn)練。橡膠仿真模擬人為彎腰抱膝位，背平面與床面垂直，配置腰椎穿刺包。實(shí)踐老師在學(xué)生操作過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)和糾錯(cuò)。

1.2.2 VR組培訓(xùn)過(guò)程 VR組接受2個(gè)學(xué)時(shí)的VR培訓(xùn)。腰椎穿刺術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件（VR版，V1.0）由空軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科與上海域圓信息科技有限公司共同合作開(kāi)發(fā)。

VR模擬場(chǎng)景：利用3dmax、maya等建模技術(shù)將腰椎穿刺場(chǎng)景構(gòu)建出來(lái)，包含治療室、病房等場(chǎng)景，實(shí)習(xí)生利用VR頭盔在虛擬場(chǎng)景中環(huán)顧四周進(jìn)行環(huán)境查看，使用操作手柄拿取虛擬手術(shù)器械進(jìn)行腰椎穿刺，穿刺過(guò)程中可透視查看椎骨、髂骨等骨性結(jié)構(gòu)，直觀進(jìn)行椎間隙定位?？捎谔摂M場(chǎng)景中進(jìn)行部位標(biāo)記、局部麻醉、穿刺、測(cè)壓、收集腦脊液以及術(shù)后處理等操作（圖1）。

圖1 腰椎穿刺術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)訓(xùn)練Figure 1 Virtual simulation training software for lumbar puncture

VR培訓(xùn)內(nèi)容包括訓(xùn)練和考核兩種操作模式。訓(xùn)練模式包含全程操作提示和智能糾錯(cuò)功能，考核模式全程無(wú)提示。訓(xùn)練與考核結(jié)束后均給予全面的操作評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主訓(xùn)練和自主糾錯(cuò)。

操作步驟包括病例選擇、準(zhǔn)備步驟、定位、消毒、麻醉、穿刺、標(biāo)本收集、術(shù)后處理和人文關(guān)懷等。首先學(xué)生判斷對(duì)應(yīng)不同的操作目的和禁忌證的病例，并選擇是否需要進(jìn)行腰椎穿刺操作，若存在禁忌證則需重新選擇病例。準(zhǔn)備步驟詳細(xì)分解為環(huán)境準(zhǔn)備、患者準(zhǔn)備、操作者準(zhǔn)備和物品準(zhǔn)備，考察學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。物品準(zhǔn)備不僅包括所選物品是否正確，還包括對(duì)有效期判斷和擺放區(qū)域無(wú)菌觀念的考察。在定位和消毒步驟中，可使用標(biāo)記筆在穿刺區(qū)域進(jìn)行穿刺點(diǎn)的標(biāo)記，系統(tǒng)智能判斷標(biāo)記點(diǎn)是否正確。利用鼠標(biāo)模擬消毒棉球?qū)Υ┐厅c(diǎn)進(jìn)行消毒，軟件智能檢測(cè)學(xué)生消毒方式與消毒結(jié)果是否正確。在麻醉步驟中，可使用鼠標(biāo)控制注射器活塞柄，可看到注射器中麻醉劑剩余量，并評(píng)估是否在注射麻醉劑前回抽。使用方向盤進(jìn)行穿刺進(jìn)針角度和穿刺深度的調(diào)節(jié)。麻醉穿刺過(guò)程中可于剖面圖中看到進(jìn)針深度與穿刺組織等信息。穿刺步驟時(shí)，可使用方向盤進(jìn)行穿刺進(jìn)針角度和穿刺深度的調(diào)節(jié)。穿刺過(guò)程中軟件提供剖面圖效果，可于剖面圖中看到進(jìn)針角度、深度與解剖部位組織等信息。留取腦脊液步驟時(shí)，不同病例對(duì)應(yīng)不同的積液顏色和抽液目標(biāo)量。操作過(guò)程中需觀察學(xué)生是否與患者交流和術(shù)后囑咐等，從而考察學(xué)生的人文關(guān)懷能力。

操作完成后，軟件從訓(xùn)練和考核兩個(gè)角度對(duì)學(xué)生的操作全程進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括各步驟得分詳情、各步驟錯(cuò)誤情況和各步驟正確操作建議等內(nèi)容。在整個(gè)過(guò)程中，由熟悉VR程序的老師進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。

1.2.3 VR聯(lián)合模擬人組培訓(xùn)過(guò)程 VR聯(lián)合模擬人組先接受VR教學(xué)培訓(xùn)（1個(gè)學(xué)時(shí)），后接受模擬人的培訓(xùn)（1個(gè)學(xué)時(shí)），操作步驟同上，共2個(gè)學(xué)時(shí)。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo) 3組在培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行理論考核和實(shí)踐技能考核。理論考核包括腰椎穿刺術(shù)的適應(yīng)證、禁忌證、并發(fā)癥、易錯(cuò)步驟等客觀題（滿分100分）。實(shí)踐考核采用經(jīng)典的腰椎穿刺術(shù)考核量表評(píng)價(jià)，評(píng)分項(xiàng)目包括準(zhǔn)備和定位、穿刺過(guò)程、人文關(guān)懷和無(wú)菌觀念等（滿分100分）。

滿意度調(diào)查：對(duì)VR組和VR聯(lián)合模擬人組的20名實(shí)習(xí)生，以及培訓(xùn)和考核后主動(dòng)進(jìn)行了VR腰椎穿刺術(shù)體驗(yàn)的7名模擬人組實(shí)習(xí)生進(jìn)行滿意度問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷內(nèi)容包括學(xué)習(xí)興趣提高和能力提高兩方面的內(nèi)容。每個(gè)條目含5個(gè)選項(xiàng)：非常同意（5分）、同意（4分）、不確定（3分）、不同意（2分）、非常不同意（1分），均為單選。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法 使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分類變量用例數(shù)和率（%）表示，組間比較采用Fisher精確檢驗(yàn)。非正態(tài)分布的計(jì)量資料以M（Q1～Q3）表示，3組整體比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)；正態(tài)分布的計(jì)量資料用表示，3組整體比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用最小顯著差異法檢驗(yàn)。采用雙側(cè)檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

共納入30名實(shí)習(xí)生，年齡22～24歲，男性17名，女性13名。VR組中位年齡23.0（23.0～23.0）歲，女性5人（50%）；模擬人組中位年齡23.0（23.0～23.0）歲，女性4人（40%）；VR聯(lián)合模擬人組中位年齡23.0（23.3～23.5）歲，女性4人（40%），3組的年齡和性別分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.1 VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)對(duì)理論知識(shí)的影響 培訓(xùn)前3組腰椎穿刺術(shù)理論考核成績(jī)的組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。培訓(xùn)后，3組理論成績(jī)的整體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=6.3，P=0.006），VR聯(lián)合模擬人組成績(jī)高于模擬人組（P=0.005），VR組成績(jī)高于模擬人組（P=0.046）（表1）。

表1 3組考核成績(jī)比較Table 1 Comparison of assessment results among the three groups

2.2 VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)對(duì)實(shí)踐技能的影響 經(jīng)過(guò)腰椎穿刺術(shù)技能培訓(xùn)后，3組技能考核成績(jī)的組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=6.9，P=0.004）。VR聯(lián)合模擬人組的成績(jī)高于模擬人組（P=0.004）和VR組（P=0.028）（表1）。

2.3 滿意問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果 針對(duì)27名實(shí)習(xí)生的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，90%左右的實(shí)習(xí)生認(rèn)為VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，包括積極性、主動(dòng)性、專注力和自學(xué)能力等。此外，多數(shù)實(shí)習(xí)生認(rèn)為VR腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)可以提高自身的腰椎穿刺臨床技能（表2）。

表2 虛擬現(xiàn)實(shí)腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)的教學(xué)效果分析Table 2 Analysis of teaching effect of virtual reality lumbar puncture training

3 討論

腰椎穿刺術(shù)是神經(jīng)內(nèi)科常見(jiàn)的診療技術(shù)，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷和治療有直接的指導(dǎo)作用。然而腰椎穿刺術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與技巧性，如何在短期的神經(jīng)內(nèi)科實(shí)習(xí)階段讓學(xué)生掌握腰椎穿刺術(shù)是臨床教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)。目前，腰椎穿刺術(shù)教學(xué)主要在仿真模擬人上進(jìn)行訓(xùn)練。模擬人具有體表標(biāo)志明顯、可反復(fù)練習(xí)等特點(diǎn)，然而存在以下缺點(diǎn)，從而限制了其在臨床中的應(yīng)用。①缺乏臨床場(chǎng)景模擬：模擬人基本無(wú)法體現(xiàn)出患者的生命體征和穿刺場(chǎng)景；②學(xué)習(xí)興趣低：學(xué)生在操作過(guò)程中沒(méi)有互動(dòng)和糾錯(cuò)模式，主要依賴于學(xué)生的自覺(jué)性和老師的監(jiān)督；③學(xué)習(xí)成本較高：仿真穿刺模擬人目前價(jià)格較高且易損耗，特別是穿刺部位的表面橡膠、突破構(gòu)造和穿刺水等配件。因此模擬人穿刺教學(xué)具有內(nèi)容程序化、臨床思維局限化和單一化，訓(xùn)練過(guò)程缺乏整體性等缺點(diǎn)[9]。

VR具有非常顯著的3D可視化效果、沉浸性和互動(dòng)作用，可廣泛用于醫(yī)學(xué)場(chǎng)景的構(gòu)建。本研究通過(guò)對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行考核發(fā)現(xiàn)，VR可有效提高實(shí)習(xí)生對(duì)腰椎穿刺術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解。相較于傳統(tǒng)模擬人教學(xué)，本研究VR系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①包含訓(xùn)練和考核兩種操作模式，可幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主訓(xùn)練和自主糾錯(cuò)；②包含多個(gè)典型病例可供學(xué)生思考判斷，不同的病例具有對(duì)應(yīng)的適應(yīng)證和禁忌證；③麻醉和穿刺過(guò)程均提供對(duì)應(yīng)的解剖圖，讓學(xué)生能夠直觀地了解腰椎解剖結(jié)構(gòu)；④包含術(shù)前、術(shù)后囑咐等功能，可以培養(yǎng)和考察學(xué)生的人文關(guān)懷。

有研究發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用于口腔實(shí)踐技能培訓(xùn)可顯著提高學(xué)生的理論成績(jī)和實(shí)踐技能成績(jī)。該研究還將VR聯(lián)合模擬人組學(xué)生分為先進(jìn)行VR培訓(xùn)后進(jìn)行實(shí)踐組（V-J）和先進(jìn)行實(shí)踐后進(jìn)行VR培訓(xùn)組（J-V），其中V-J組的學(xué)生實(shí)踐技能成績(jī)更好[10]。此外，Zhang等[11]通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷發(fā)現(xiàn)，VR和模擬人聯(lián)合訓(xùn)練可以有效提高學(xué)生的專注力、興趣、知識(shí)掌握、臨床技能、學(xué)習(xí)動(dòng)力、與老師的互動(dòng)性等。在本次教學(xué)研究中，實(shí)踐考核成績(jī)也提示聯(lián)合訓(xùn)練可以獲得更好的成績(jī)。目前的VR仍不能完全代替模擬人，模擬人聯(lián)合VR教學(xué)模式更有利于學(xué)生掌握腰椎穿刺術(shù)技能。

本研究的局限性：①樣本量較小，后續(xù)可在多個(gè)區(qū)域和高等醫(yī)學(xué)院校擴(kuò)大教學(xué)研究規(guī)模；②VR培訓(xùn)程序仍有需要改進(jìn)的方面，如有些按鍵操作比較復(fù)雜、系統(tǒng)不夠成熟等；③VR的穿戴設(shè)備比較重，不適合長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練，且依賴于虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的支持。

目前由于技術(shù)和內(nèi)容仍未完全成熟，VR尚不能完全替代模擬人腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)。本研究將VR聯(lián)合模擬人教學(xué)模式應(yīng)用于腰椎穿刺術(shù)培訓(xùn)，是VR在臨床實(shí)踐操作中的有益探索，并為實(shí)踐教育模式提供了新思路和方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。